| Riferimento | Pascal (Pa) | Nanopascal (nPa) |
|---|---|---|
| Atmospheric pressure at sea level | 101325 Pa | 1.01325 × 1014 nPa |
| Healthy blood pressure (120 mmHg) | 16000 Pa | 1.6 × 1013 nPa |
| A car tyre | 220000 Pa | 2.2 × 1014 nPa |
| A racing bicycle tyre | 600000 Pa | 6 × 1014 nPa |
Il pascal è l’unità di pressione del Sistema internazionale e si scrive Pa. È definito come un newton di forza distribuito su un metro quadrato, e porta il nome di Blaise Pascal, i cui esperimenti con i barometri negli anni quaranta del Seicento stabilirono che l’aria pesa e che la sua pressione cala con la quota. La Conferenza generale dei pesi e delle misure adottò il nome nel 1971.
È un’unità notevolmente piccola. La pressione atmosferica al livello del mare è di 101 325 pascal, sicché la pressione sotto cui tutti vivono è un numero di sei cifre, e quasi ogni uso pratico dell’unità porta perciò un prefisso. Quella scomodità non è un difetto di progetto ma una conseguenza della coerenza: il newton e il metro quadrato furono fissati prima, e il pascal è ciò che esce dividendo l’uno per l’altro.
L’acustica è il campo in cui i pascal nudi suonano naturali. La pressione di riferimento della scala dei decibel è di venti micropascal, presi come il suono più debole che un orecchio giovane e sano possa rilevare, e una conversazione ordinaria si aggira sui 0,02 pascal di pressione sonora. La soglia del dolore sta vicino ai 63 pascal, sicché l’intero campo dell’udito umano copre circa sei ordini di grandezza in questa unità.
Gli oggetti di tutti i giorni danno il senso della scala. Un foglio di carta da ufficio posato piatto preme sul tavolo con circa 0,8 pascal. Una brezza leggera esercita qualche pascal su una parete, e la differenza di pressione che muove la ventilazione di un edificio sta di norma fra dieci e cinquanta. Tutto ciò che una persona avverte come forza si conta già a migliaia.
Le forme con prefisso svolgono il lavoro vero. La meteorologia usa gli ettopascal, numericamente identici ai vecchi millibar, sicché una lettura di 1013 in un bollettino non richiese di reimparare nulla. L’ingegneria usa i chilopascal per le pressioni di pneumatici e fluidi, e la scienza dei materiali i megapascal e i gigapascal per resistenza e rigidezza, essendo un megapascal un newton per millimetro quadrato.
Il pascal compare inoltre ovunque si intenda una tensione anziché una pressione, poiché le due hanno le stesse dimensioni. Modulo di Young, carico di snervamento e sforzo di taglio si danno tutti in pascal o nei suoi multipli, ed è per questo che una sola unità abbraccia la pressione di uno pneumatico e la rigidezza dell’acciaio.
Un pascal equivale a 1 newton per metro quadrato, a 0,01 millibar, a circa 0,0000099 atmosfere o a circa 0,000145 libbre per pollice quadrato.
Il nanopascal è un’unità di pressione pari a un miliardesimo di pascal. Il suo simbolo è nPa. Segna l’estremo lontano della scala delle pressioni, la regione in cui l’idea di pressione come spinta su una superficie smette di servire e diventa un’affermazione su quanto poche siano le particelle presenti.
La dimora più netta dell’unità è il vuoto estremamente spinto. Il vuoto comune di laboratorio arriva ai millipascal; l’ultra alto vuoto, usato dalla fisica delle superfici e dai tubi di fascio degli acceleratori di particelle, arriva ai micropascal. Sotto si stende il vuoto estremamente spinto, in nanopascal e meno, e raggiungerlo richiede una camera a tenuta, ore di cottura a duecento gradi per cacciare il gas dal metallo stesso, e pompe che intrappolano le molecole invece di spingerle.
A quelle pressioni una camera non è vuota. Un nanopascal contiene ancora qualcosa come un quarto di milione di molecole per centimetro cubo, il che pare moltissimo finché non lo si confronta con i venticinque miliardi di miliardi che stanno nello stesso volume d’aria di una stanza. Ciò che conta non è il numero ma il libero cammino medio: una molecola viaggia ormai migliaia di chilometri prima di urtarne un’altra, sicché batte sulle pareti molto prima d’incontrare una vicina.
È proprio questo il punto. La scienza delle superfici richiede che un campione resti pulito per l’intera durata di un esperimento, e alle pressioni ordinarie una superficie appena fatta si ricopre di uno strato di gas adsorbito in circa un nanosecondo. A un nanopascal la stessa superficie resta pulita per giorni. Il vuoto non è lì per togliere aria ma per comprare tempo.
Lo spazio offre il confronto naturale. L’orbita terrestre bassa si aggira sul micropascal, ancora densa abbastanza perché l’atmosfera freni i satelliti e finisca per farli cadere. Lo spazio interplanetario si conta in nanopascal. Lo spazio interstellare sta assai più in basso, intorno al femtopascal, che nessuna pompa terrestre ha mai eguagliato: i migliori vuoti di laboratorio restano più densi dello spazio fra le stelle.
La pressione di radiazione cade in terreno simile. La luce solare su una superficie perfettamente assorbente, alla distanza della Terra, esercita circa 4,5 micropascal, e alla distanza dei pianeti esterni scende ai nanopascal. Le vele solari lavorano con questi numeri, ed è per questo che devono essere enormi e leggere per raccogliere una forza utilizzabile.
Un nanopascal equivale a 0,000000001 pascal, a 0,001 micropascal, a 1000 picopascal o a circa 0,000000000000145 libbre per pollice quadrato.